二氧化碳分离捕集研究进展

详细介绍了国内外捕集二氧化碳的方法及发展情况,重点分析了低温分离、膜分离/吸收、吸收、吸附分离和水合物法、吸收-水合/吸附耦合分离法分离捕集二氧化碳的优势及缺点。得出可以将2种或多种分离方法联合使用,避免单一使用时带来的劣势,实现高效率低能耗分离捕集CO_2气体。指出未来还需克服多种方法联合使用时对分离设备的高要求及材料稳定性等问题。     

二氧化碳捕集分离技术综述

二氧化碳捕集技术大致可分为:燃烧前脱除二氧化碳,如整体煤气化联合循环发电系统(IGCC);燃烧中脱除二氧化碳,如化学链燃烧(CLC)和富氧燃烧(Oxyfuel Combustion);燃烧后烟气中二氧化碳捕集与封存(CCS)。本文在现有基础上综述了新型二氧化碳捕集技术,包括离子液体吸收、金属有机骨架化合物吸附、电化学法等。     

新型折板除雾器的流场和压降数值模拟

对引入液滴辅助捕集结构前后的折板除雾器内的流场和压降进行模拟,将两相流近似为气相流动,用SST k-ω模型模拟气相流场。在2和4 m/s的进口气速下,引入捕集结构前后,最大气速分别由7.32和14.80 m/s增至8.97和18.57 m/s,而且出现位置增多。同时高速区变大、低速区变小,2 m/s进口气速时壁面附近气速由1.5 m/s增至3.5 m/s;并发现不同气速下压降随第1级、第3级高度的变化情况相似,均与第2级差异较大,上述结论均可用于实际设计工作中。     

两级组合式除雾器的分离性能分析

为研究两级组合式除雾器的分离性能,对两级旋流式、组合式、两级折流式3种除雾器进行性能分析。通过数值模拟方法分析除雾器内部流场差异,通过搭建实验平台,利用高速摄影技术并结合除雾器流场分布分析液滴在除雾器内部运动行为,进而从压降损失、分离效率、出口液滴粒径等方面开展除雾器分离性能的实验研究。结果表明：液滴在折流板内主要靠撞击叶片累积形成液膜而被捕集,在旋流板内沿叶片边缘滑动,以接近叶片倾角角度向壁面运动形成液膜被捕集;随入口截面速度增加,3种除雾器压降均逐渐增大,差值不断增加,两级旋流式除雾器压降最高;当入口截面速度低于5.7m/s时,两级旋流式、组合式除雾器分离效率均接近100%,同时组合式除雾器出口液滴中位粒径始终低于入口液滴中位粒径,并小于其余两种形式除雾器,对小粒径液滴分离能力显著;当液相流量从6.2m³/h逐步增加至13.7m³/h,3种形式的除雾器分离效率随液相流量增加呈下降趋势,其中两级旋流式除雾器在高气速、高液相流量下适应性最强,同时3种除雾器出口液滴中位粒径总体呈现下降趋势,其中组合式除雾器出口液滴中位粒径仍居于最低水平。     

有机多孔聚合物CO_2捕集及分离性能的研究进展

有机多孔聚合物(porous organic polymers,POPs)是一类由有机构建单元连接而形成的新型多孔材料。由于其优异的物理化学稳定性以及CO2吸附能力,近年来有关POPs在CO2捕集和分离的研究成为一大研究热点。大量具有优异孔性质(比表面积和孔容)的POPs通过不同有机合成反应被成功地开发出来应用于CO2吸附分离过程。本文介绍了POPs材料的CO2捕集与分离性能的研究现状,总结了提高POPs材料CO2分离性能的合成策略,重点分析了可以通过功能化增强吸附剂与二氧化碳分子之间的相互作用,来提高材料的CO2分离能力的方法。     

有机多孔聚合物CO2捕集及分离性能的研究进展

有机多孔聚合物（porous organic polymers,POPs）是一类由有机构建单元连接而形成的新型多孔材料。由于其优异的物理化学稳定性以及CO₂吸附能力,近年来有关POPs在CO₂捕集和分离的研究成为一大研究热点。大量具有优异孔性质（比表面积和孔容）的POPs通过不同有机合成反应被成功地开发出来应用于CO₂吸附分离过程。本文介绍了POPs材料的CO₂捕集与分离性能的研究现状,总结了提高POPs材料CO₂分离性能的合成策略,重点分析了可以通过功能化增强吸附剂与二氧化碳分子之间的相互作用,来提高材料的CO₂分离能力的方法。     

氙气吸附捕集与分离研究进展

综述了氙气在工业技术、日常生活和基础研究领域的重要作用,总结了氙气分离富集方法,概括了活性炭、分子筛与金属有机框架三类典型氙气吸附分离材料的选择性、吸附容量及稳定性的研究进展,并展望了新型氙气吸附捕集材料的发展趋势,金属有机骨架材料作为高选择性多孔固体具有广阔的应用前景。     

氙气吸附捕集与分离研究进展

综述了氙气在工业技术、日常生活和基础研究领域的重要作用,总结了氙气分离富集方法,概括了活性炭、分子筛与金属有机框架三类典型氙气吸附分离材料的选择性、吸附容量及稳定性的研究进展,并展望了新型氙气吸附捕集材料的发展趋势,金属有机骨架材料作为高选择性多孔固体具有广阔的应用前景.     

二氧化碳的捕集分离技术的研究进展

减少CO2排放是缓解全球变暖的有效途径,如何将CO2从混合气体中捕集并分离是减少CO2排放的前提和基础。文章对国内外的CO2分离技术进行了综合阐述,并分析了各种分离技术的存在的问题,为以后的研究提供方向。     

淀粉基重金属捕集材料的微观结构及捕集效能

天然淀粉具有低毒、易降解、可循环利用等优点,经多元修饰后,具备捕集重金属的能力。使用季铵型醚化剂,磷酸盐及尿素对淀粉分子进行多元修饰,最终获得了多种电荷分布的淀粉分子修饰产品。通过红外光谱、固体核磁共振、扫描电镜及捕集效能评价等手段研究了淀粉基捕集剂的微观结构、特性及捕集机理。结果表明：淀粉分子成功引入阳离子季铵基团、阴离子磷酸基团及非离子的酰胺基团;比表面积增大,分子量增大,有利于对重金属离子进行捕集;0.06g淀粉基捕集剂对30mg/L混合溶液中铜、铅、镉、镍离子的去除率分别为97.80%、99.83%、99.23%、99.53%,均优于国家排放标准;其捕集吸附过程符合伪二级吸附模型,且由电性中和反应和微孔吸附联合共同控制。     

丙氨酸钾用于二氧化碳捕集的性能研究

氨基酸盐溶液用作CO₂化学吸收剂具有饱和蒸气压极低、抗氧化强、原料易得、环境友好等优点。考察了丙氨酸钾作为吸收剂的溶解度、抗氧化能力以及对CO₂的吸收能力等,并进一步对2种丙氨酸钾吸收剂体系进行优化,试验结果表明：吸收剂“2.0丙氨酸钾+0.5 2-氨基-2-甲基-1-丙醇+0.1柠檬酸”的CO2捕集能力达到19.6 L/L,较2.5 mol/L的丙氨酸钾溶液提高17.4%,较2.5mol/L的乙醇胺溶液提高12.0%,既保证了饱和吸收能力,又同时具有较好的再生能力,达到了最优的CO₂捕集效果。     

太阳能辅助碳捕集:适用技术、性能比较和发展趋势

太阳能辅助碳捕集系统集合了提高能源转换效率、使用可再生能源和二氧化碳捕集与封存3种应对气候变化挑战的技术,是跨学科研究中的新兴领域。本文综述了燃烧后、燃烧前和富氧燃烧碳捕集技术中太阳能辅助碳捕集的研究现状,并从分离方式、分离技术和太阳能辅助方式等方面进行了深入分析。其后从分离理想最小功和分离热力学效率对不同二氧化碳的分离技术进行了性能评价。最后对太阳能辅助碳捕集技术的发展趋势进行了梳理,分离模型方法不再适合光催化等第二代碳捕集技术,碳捕集理论研究的框架有待拓展;太阳能辅助环节将从碳捕集过程逐步扩展到运输和储存过程;太阳能辅助形式中的梯级利用更加灵活多样。该新兴技术在能效基础理论、太阳能梯级利用和高效集成三方面亟待突破。     

新型太阳能辅助碳捕集技术进展综述与性能比较

近年来,CO₂捕集技术正在从定向分离的单一过程向同步存储或利用的集成过程快速过渡。这种发展趋势也对太阳能辅助碳捕集的集成形式提出了更高的要求。本文综述了化学链燃烧、水合物法和热化学循环三种新型太阳能辅助碳捕集技术,从辅助方式、操作条件和性能等方面展开深入分析。围绕理想分离最小功和二次定律效率两个参数,对新技术和传统技术进行了性能评价和对比。结果说明了对于CO₂体积分数在5%～20%的混合气体,吸收法和热化学循环法的二次定律效率较高,发展较为成熟,而水合物法的分离最小功最小,理论上较易实现分离。新型太阳能辅助碳捕集技术可促进碳产品的生产,为全球碳循环的搭建完成了重要的一环。     

表面润湿性对梯形除雾器分离性能的影响

为解决实际工业中除雾器在高气速时分离效率明显降低的问题,利用除雾器分离实验装置,以水为实验介质,采用电火花线切割技术在叶片表面构建仿生微结构实现表面疏水化,考察了表面润湿性对除雾器分离效率和压降的影响。结果表明,仿生微结构的疏水功能和减阻效应良好,表面液膜的排液速率明显加快。当气速超过5 m/s时,其液膜厚度相对较薄,可有效抑制液滴的二次夹带,提升分离效率。同时,疏水型梯形除雾器内的流场分布较平缓,流动阻力小,总压降约为带钩型梯形除雾器的一半。因此,疏水型梯形除雾器兼具高效率和低阻力特性,综合分离性能最佳。     

除尘滤料对微细颗粒捕集性能的研究

工业粉尘排放是大气中微细颗粒尤其PM2.5的主要来源之一,袋式除尘器中的滤料是颗粒捕集的关键。以实验手段,系统研究了几种典型针刺毡及覆膜滤料的阻力特性、全尘捕集效率及微细粉尘捕集效率。数据显示,滤料在老化后阻力增加,覆膜滤料增幅最小;常规滤料在洁净状态时对全尘的效率超过99.9%,老化稳定后效率在99.99%以上;尽管滤料对全尘的效率很高,但其对10μm颗粒的效率在94%～99%之间,对2μm的效率在52%～92%之间,仍有很大的提升需求     

改性玉米淀粉对重金属捕集性能的研究

研究了二硫代氨基甲酸改性玉米淀粉(DTCS)对单一重金属溶液中重金属离子的捕集作用,考察了影响其捕集作用的因素,包括重金属种类、pH、温度、混凝时间、无机离子的干扰等,确定了合适的应用条件.结果表明,在单一重金属离子浓度为1.0×10-3 mol/L的溶液中,DTCS对重金属离子捕集的选择性:Cu2 ＞Pb2 ＞Cd2 ＞Zn2 ＞Ni2 ,去除率分别为99.91%、99.88%、87.36%、85.17%、66.36%,且K 、Ca2 等无机离子对其去除效果影响不大.     

荷电液滴群捕集非均匀粒径颗粒物的数值模拟

针对荷电液滴群捕集颗粒物过程中系统参数对捕集效率的影响,基于计算流体力学-离散元法(CFD-DEM),数值模拟了荷电液滴群捕集非均匀粒径颗粒物。结果表明：在库仑斥力影响下,液滴群运动过程中不断向外扩展,颗粒物聚集形态不断变化。静电沉积占主导地位时,捕集效率对液滴间距不敏感,液滴间距可以认为是喷雾密度,即除尘效率受喷雾密度影响较小;增大液滴荷电量提升的捕集效率主要来自对粒径小于5μm颗粒物的捕集;液滴粒径对捕集效率的影响较小;液滴速度对单位时间捕集效率影响较小,但降低液滴速度可以延长其扫掠时间,从而提升捕集效率。     

重金属捕集剂TBA的合成及其对含铜废水的捕集性能

以无机水合肼与二硫化碳作反应物,环己醇与丙酮的混合溶液作溶剂,合成了一种新型重金属捕集剂四硫代联氨基甲酸(TBA)。重点考察了水合肼与二硫化碳的物质的量比、混合有机溶剂的用量、混合溶剂的配比、反应温度等因素对产物得率的影响,并对产物进行IR、NMR表征。研究结果表明,水合肼与二硫化碳的物质的量比为1:1、有机溶剂(环己醇和丙酮混合物)与二硫化碳的体积比为2∶3、反应温度为30℃、反应时间为2 h时,二硫化碳的转化率最高可达92.96%。将合成的重金属捕集剂四硫代联氨基甲酸用于含铜模拟废水的处理,结果表明其对于含铜废水具有优良的捕集性能。     

CO2捕集及分离方法研究现状与进展

捕获及有效分离二氧化碳,不仅可以实现碳减排,而且可以有效控制二氧化碳排放引起的温室效应。本文重点综述了吸收法、膜分离法、低温分离法和吸附法四种CO_2捕集及分离方法。通过比较发现,吸附法由于具有可操作性强、成本低、可再生效率高等优点,是未来CO_2捕集及分离的主要方法。     

重金属捕集剂对废水中铅捕集效果研究

研究了几种重金属捕集剂对含铅废水的处理效果,讨论了反应时间、捕集剂加入量、pH值及多种重金属离子共存条件下各种捕集剂对铅处理效果的影响。实验结果表明,在反应时间为20min,捕集剂加入量为理论用量的1．2倍,pH值为2～6时处理效果较好,捕集效率在99％以上,且多种重金属离子共存条件下对捕集效果没有影响,处理后的废水能达到重金属国家排放标准。因此采用该方法优于传统处理方法,有很好的应用前景。